DE2431359C2 - Steuerschaltung für einen Antriebsmotor eines elektrisch angetriebenen Fahzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsmotor eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mit einer Batterie, wenigstens einem pedalbetätigten Geber in Form eines Potentiometers für das Beschleunigungssignal, an dem eine von der Motordrehzahl abhängige Spannung anliegt, und einer in Abhängigkeit von diesen Steuersignalen arbeitenden Steuereinrichtung.

Eine solche Steuerschaltung ist bekannt (DE-OS 22 03 371). Da am Potentiometer ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiger Spannungswert anliegt, ist das Steuersignal für den Antriebsmotor ebenfalls geschwindigkeitsabhängig. Bei der bekannten Steuerschaltung ist allerdings nicht vorgesehen, mit dem Antriebsmotor auch das Fahrzeug abzubremsen. Es ist aber bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen üblich, mit dem Antriebsmotor auch das Fahrzeug elektrisch abzubremsen.

Bei mit Brennkraftmaschinen angetriebenen Fahrzeugen wirkt beim Loslassen des Beschleunigungspedals der Motor als Bremse. Die Charakteristik der Bremswirkung eines Brennkraftmotors ist aber eine andere als die eines Elektromotors. Dieses unterschiedliche Bremsverhalten eines mit Elektromotor und mit Brennkraftmotor betriebenen Fahrzeuges fordert von dem Fahrer unterschiedliches Verhalten. Besser wäre es, wenn ein mit einem Elektromotor angetriebenes Fahrzeug dasselbe Bremsverhalten aufweist, wie ein kraftmotorangetriebenes Fahrzeug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für den Antriebsmotor eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges zu schaffen, mit der die Breinscharakteristik in Abhängigkeit von der Drehzahl einstellbarist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Steuerschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung für den Moiorslrom /um Umschalten von Vorwärts- auf Bremsbetrieb und umgekehrt eingerichtet ist, und daß die an beiden Enden des Potentiometers anliegenden Spannungspotentiale unterschiedliche Polaritäten und jeweils vorgegebene unterschiedliche, geschwindigkeitsabhängige Verläufe haben, wodurch sich der Abgriffspunkt für die Umschaltung von Vorwärts- auf Bremsbetrieb und umgekehrt geschwindigkeitsabhängig verlagert.

Bei der Erfindung wird durch die vorgegebenen unterschiedlichen gcschwindigkeiisabhängigen Verläufe der am Potentiometer anliegenden Spannungspoientia-Ie eine gewünschte Bremscharakieristik. insbesondere die eines Brennkraftmotors erzielt

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert Im einzelnen zeigen

F i g. 1 bis 3 Schaltbilder einer Steuerschaltung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das drei Alternativverbindungen der Schaltungen zeigt
F i g. 4 die Darstellung einer Anordnung von Schützen zur Herstellung der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Verbindungen,

F i g. 5 ein Blockschaltbild, das einen Teil der Steueranordnung zeigt die zur Verwendung in der in F i g. 1 bis 4 gezeigten Schaltung vorgesehen ist,

F i g. 6 ein Diagramm für die Arbeitsweise des in F i g. 5 gezeigten Schaltbildes,

F i g. 7-ein Diagramm für die Spannungspotentiale am Eingang der Schaltung der F i g. 5,
Fig.8 ein Schaltbild in einer Abwandlung zum Schaltbild der F i g. 5, und

Fi g. 9 ein Blockschaltbild in einer weiteren Abwandlung zum Schaltbild der F i g. 5.

In F i g. 1 sind eine positive und eine negative Stromleitung 11 bzw. 12 gezeigt, die über Kontakte 10 mit der Antriebsbatterie 13 des Fahrzeugs verbunden sind. Beispielsweise hat die Batterie 13 eine Spannung von mehr als 20OVoIt. Mit der Leitung U ist ein Ende 14 des Ankers eines reihengewickelten Antriebsmotors 15 verbunden, und das andere Ende 16 des Ankers ist mit der Leitung 12 über eine Reihenschaltung verbunden, zu der eine Strommeßeinrichtung 18, die Feldwicklung 17 des Motors 15 und der Anoden-Kathodenweg eines Thyristors 19 gehören. Die Reihenschaltung aus dem Anker, der Einrichtung 18 und der Wicklung 17 ist zu einer Freilaufdiode 21 parallelgeschaltet, und die Verbindung zwischen der Wicklung 17 und dem Thyristor 19 ist mit der Anode eines Thyristors 22 verbunden, dessen Kathode mit der Leitung 12 über einen Kondensator 23 verbunden ist. Zum Kondensator 23 ist ein Induktor 25 und der Anoden-Kathodenweg eines Thyristors in Reihe parallelgeschaltet. Die Thyristoren 19 und 24 sind mit ihren Toren über Widerstände 28 bzw. 29 mit einem Ausgangsanschluß einer Regeleinheit 26 verbunden, und die Einheit 26 hat einen zweiten Ausgangsan-Schluß, der über einen Widerstand 27 mit dem Tor des Thyristors 22 verbunden ist.

F i g. 1 zeigt die Schaltungsverbindungen dann, wenn das Fahrzeug in Richtung nach vorn angetrieben wird. Das Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt ein Potentiometer, das einen Ausgang erzeugt, welcher die Sollstromstärke im Motor darstellt. Dieses Ausgangssignal wird in zwei Signale umgewandelt, die eine obere Stromstärke und eine untere Stromstärke wiedergeben, und diese beiden Signale werden von der Regeleinheit 26 erfaßt, die auch ein Signal von der Einrichtung 18 erhält. Wenn der Stromfluß im Motor den oberen Wert erreicht, wird der Thyristor 19 ausgeschaltet, und wenn der StromfluU auf die untere Stärke abfällt, wird der

Thyristor 19 wieder eingeschaltet Die Arbeitsweise der Schaltung zur Steuerung des Thyristors 19 läßt sich am besten dadurch erklären, daß man an einem Punkt im Arbeitsspiel anfängt, wenn die Thyristoren 19 und 24 ausgeschaltet sind und der Thyristor 22 leitet und den Kondensator 23 lädt Wenn der Kondensator 23 geladen wird, verringert sich der Stromfluß durch den Thyristor 22 auf Null, und deshalb schaltet sich der Thyristor 22 aus. Da der Thyristor 19 nicht leitet, nimmt der Stromfluß in der Einrichtung 18 ab, und wenn der Strom die untere Stärke erreicht, erzeugt die Einheit 26 einen Ausgang, um den Thyristor 19 und den Thyristor 24 einzuschalten. Ein Leiten des Thyristors 24 bewirkt eine Umkehrung der Ladung am Kondensator 23, und danach schaltet sich der Thyristor 24 aus. Der Kondensator 23 wird nun so geladen, daß dessen untere Platte positiv und dessen obere Platte negativ sind. Ein Leiten des Thyristors 19 bewirkt eine Verstärkung des Stroms im Anker 15 und in der Wicklung 17, und der in der Einrichtung 18 fließende Strom nimmt nun zu, bis er die obere Stärke erreicht. Wenn diese obere Stärke erreicht ist, erzeugt die Regeleinheit 26 einen Ausgang, um den Thyristor 22 einzuschalten, was ein Entladen des Kondensators 23 ermöglicht, was zur Folge hat, daß sich der Thyristor 19 ausschaltet Der Kondensator 23 lädt sich nun wieder durch den Thyristor 22 auf, und das Arbeitsspiel wiederholt sich.

In der Anordnung, die hier beschrieben wird, ist es auch möglich, den Motor dazu zu benutzen, das Fahrzeug elektrisch abzubremsen, und auch den Motor dai.u zu verwenden, das Fahrzeug rückwärts fahren zu lassen. In Fig. 1 sind die verschiedenen Schützanordnungen nicht gezeigt, die für diesen Zweck verwendet werden, in F i g. 2 und 3 sind aber die Schaltkreisverbindungen gezeigt, wenn sich diese Schütze in der entsprechenden Position befinden. In F i g. 2 ist also die Anordnung gezeigt, wenn das Fahrzeug rückwärts fahren soll. Die Schahungsverbindungen sind die gleichen wie in F i g. 1, außer daß das Ende 16 des Motors 15 nun mit der Leitung 11 über die Einrichtung 18 verbunden ist und das andere Ende 14 mit der Wicklung 17 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist genau die gleiche wie in Fig. 1, außer daß der Motor in entgegengesetzte Richtung läuft.

F i g. 3 zeigt die Schaltungsverbindungcn dann, wenn der Motor zum elektrischen Abbremsen des Fahrzeugs verwendet wird. Das Ende 14 des Motors ist mit der Wicklung 17 wie in F i g. 2 verbunden, das Ende 16 ist hier aber mit der Leitung 12 über die Einrichtung 18 und eine zusätzliche Diode 30 in Reihe verbunden. Wenn der Motor dazu verwendet wird, das Fahrzeug abzubremsen, wird der Strom im Motoranker in der gleichen Weise geregelt, wie das im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. In diesem Falle wirkt jedoch der Motor 15 als ein Generator und lädt die Batterie über die Dioden 21 und 30.

Es gibt verschiedene Schützanordnungen, die verwendet werden können, um die in F i g. 1 bis 3 gezeigten Anordnungen entstehen zu lassen, jedoch ist eine mögliche Anordnung in Fig.4 gezeigt. Die Grundsteuerungen des Fahrzeugs sind das Beschleunigungspedal, das beim Niederdrücken ein Potentiometer betätigt, wie das vorstehend erläutert worden ist. ein Bremspedal, das ein anderes Potentiometer betätigt, und das ebenfalls für ein normales hydraulisches Bremsen des Fahrzeugs sorgt, und ein Wählschalter, der eine mittlere Ausschaltposition hai. jedoch auch in entgegengesetzte Richtungen aus der Ausschaltposition bewegbar ist. um ein Vorwärts- eider Rückwärtsfahren des Fahrzeugs zu wählen.

In Fig.4 sind drei Schützbetätigungsvorrichtungen F, R, B gezeigt Wenn sich der Wahlschalter in der Vorwärtsposition befindet und das Beschleunigungspedal niedergediückt wird, wird die Vorrichtung Ferregt und betätigt einen Kontakt Fl, der normalerweise die in der Zeichnung dargestellte Position einnimmt, jedoch im erregten Zustand der Vorrichtung Fin seine Alternativposition wandert, in der er die Schaltung in der in Fig. 1 gezeigten Weise verbindet Wenn andererseits der

to Wahlschalter in seine Rückwärtsposition bewegt wird und das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird, wird die Vorrichtung R erregt, und ein Kontakt R1 wird aus der dargestellten Position in seine Alternativposition bewegt, und an diesem Punkt befindet sich die Schakung in der in F i g. 2 gezeigten Form.

Wenn der Wahlschalter sich in seiner Vorwärtsposition befindet, jedoch das Bremspedal niedergedrückt wird, wird für ein normales hydraulisches Bremsen gesorgt, darüber hinaus ist jedoch die Vorrichtung B erregt, um den Kontakt B 1 zu öffnen. Die Kontakte Fl und R 1 befinden sich in den gezeigten Positionen, und damit ist ersichtlich, daß die Schaltung nun die in F i g. 3 gezeigte Form hat, so daß für ein elektrisches Bremsen gesorgt wird, wie das vorstehend erläutert worden ist.

Obgleich sich die in Fig. 1 bis4 gezeigten Anordnungen auf einen Reihenmotor beziehen, können sie auch für Shunt- und Verbundmotoren eingesetzt werden. In diesem Falle regeln die beschriebenen Anordnungen den Ankerstrom.

Gemäß der Darstellung in F i g. 5 weist das Fahrzeug eine Niederspannungsquelle auf, beispielsweise eine 24-Volt-Batterie, von der eine positive und eine negative Stromleitung 41, 42 abgenommen sind, die im in Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispiel +4 und —2 Volt haben. Zwischen die Leitungen 41,42 ist ein Widerstand 43 geschaltet, über den ein Schieber wandert, der vom Beschleunigungspedal des Fahrzeugs gesteuert wird. Dieser Schieber liefert einen Eingang zu einer polaritätsempfindiichen Schaltung 44, und er liefert auch einen Eingang zu einem Gleichrichter 45, der seinerseits ein Eingangssignal an die Einheit 26 liefert.

Der Wahlschalter, auf den vorstehend Bezug genommen worden ist, kann in eine Rückwärts- oder eine Vorwärtsposition bewegt werden, uno wenn die Rückwäns-

4^r> position des Wahlschalters gewählt wird, hat die Schaltung 44 keinen Effekt auf die Arbeitsweise, und nur die Vorrichtung R wird erregt. Wenn jedoch Fig. 5 betrachtet wird, sei angenommen, daß der Wahlschalter sich in der Vorwärtsposition befindet. Je nach der Position des Beschleunigungspedals ist die Spannung am Schieber entweder positiv oder negativ, und die Polarität dieser Spannung wird durch die Schaltung 44 festgestellt. Wenn die Spannung positiv ist, wird die Vorrichtung Ferregt, um für einen Vorwärtsantrieb zu sorgen.

Wenn die Spannung negativ ist. wird die Vorrichtung B erregt, um für ein elektrisches Bremsen zu sorgen. Wie auch immer die Polarität der Spannung sein mag, der Gleichrichter 45 liefert einen Eingang zur Einheit 26, der die Größe der Spannung am Schieber darstellt. Die Ein-

bo heit 26 setzt die oberen und unteren Stromgrenzen fest, wie vorstehend erläutert, und es versteht sich folglich, daß Je Einheit 26 keine Kenntnis davon nimmt, ob der Motor das Fahrzeug antreibt oder für ein elektrisches Bremsen sorgt.

μ Der Effekt des Gleichrichters 45 ist in F i g. 6 gezeigt. Der Gleichrichter 45 hat ein schmales Totband nahe an Null Volt, und in diesem Totband wird der Einheit 26 kein Eingang zugeleitet. Wenn die Spannung positiv ist,

wird ein steigender positiver Eingang zur Einheit 26 geliefert, während das Beschleunigungspedal weiter niedergedrückt wird, wobei der maximale Wert dieser Spannung 4 Volt beträgt, was einen bestimmten maximalen Stromfluß in dem Anker wiedergibt. Wenn das Beschleunigungspedal langsam freigelassen wird, wird der maximale Strom im Anker auf den Strom beschränkt, der aus einem Eingang von 2 Voll zur Einheit 26 herrührt.

Vorzugsweise ändert sich der maximale Ankerstrom in mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, und ferner sollen sich auch die maximalen Ankerströme für die Vorwärtsbewegung und das Vorwärtsbremsen unabhängig voneinander ändern. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Spannungen an den Leitungen 4t und 42 mit der Geschwindigkeit in irgendeiner geeigneten Weise geändert werden, und F i g. 7 zeigt eine mögliche Charakteristik. Die Spannung an der Linie 41 ist bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten groß, so daß ein erheblicher Ankerstrom zugelassen wird. Die Spannung fällt dann mit höher werdender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Die Gestalt der Linie 42 für das elektrische Bremsen ist ganz anders, und wie zu erkennen ist, ist bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kein elektrisches Bremsen möglich, während ein maximales elektrisches Bremsen bei Zwischengeschwindigkeiten verfügbar ist.

In dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schieber statt mit einem Gleichrichter 45 mit der Einheit 26 über einen normalerweise geöffneten Kontakt F2 verbunden, der geschlossen wird, wenn die Vor- jo richtung F erregt wird. Zum Kontakt F2 ist eine Reihenschaltung parallelgeschaltet, zu der ein Inverter 46 und ein normalerweise geöffneter Kontakt B 2 gehören, der geschlossen wird, wenn die Vorrichtung B erregt wird. Wenn die Spannung am Schieber positiv ist, wird die Vorrichtung Ferregt, der Kontakt F2 schließt sich, und der Einheit 26 wird ein positiver Eingang zugeführt. Wenn die Spannung am Schieber negativ ist, wird die Vorrichtung B erregt, und der Kontakt B 2 schließt sich, so daß die negative Spannung invertiert und dann an die Einheil 26 angelegt wird, so daß die Einheit 26 wiederum einen positiven Eingang erhält. Verglichen mit F i g. 5 hat diese Anordnung den Vorteil, daß immer dann, wenn eine Änderung von der Erregung einer Vorrichtung F oder B zur Erregung der anderen Vorrichtung B oder F erfolgt, eine Zeit vorhanden ist, während der der Eingang zur Einheit 26 Null Strom verlangt, so daß der durch den Anker fließende Strom geringer wird, ehe sich die Schütze wieder schließen.

In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel bewirkt das Bremspedal des Fahrzeugs ein hydraulisches Bremsen, beeinflußt aber nicht das elektrische Bremsen. In der in F i g. 9 gezeigten Anordnung wird das elektrische Bremsen jedoch durch die Position der Bremspedale modifiziert, so daß eine Schar Bremskurven anfallen, je nach der Position des Bremspedals. Wie in F i g. 9 gezeigt ist, ist die positive Leitung 41a mit einer Masseleitung 51 durch einen Regelwiderstand 52 und ein Potentiometer 53 in Reihe verbunden, wobei das Potentiometer voreingestellt ist und das Bremspedal des Fahrzeugs zur Bewegung eines Schiebers über den Widerstand 52 dient Der Schieber am Widerstand 52 liefert einen Eingang an einen Puffer- und Invertierverstärker 54, dessen anderer Eingangsanschluß mit der Leitung 51 verbunden ist, und das untere Ende des Widerstands 43 ist mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 54 verbunden. Das Ergebnis davon ist, daß die Spannung am unteren Ende des Widerstands sich mit der Position des Bremspedals ändert, und aus diesem Grunde entsteht eine Schar Bremskurven. Abgesehen davon ist die in F i g. 9 gezeigte Anordnung verglichen mit der in F i g. 8 gezeigten Anordnung dahingehend abgewandelt, daß anstelle der Teile 46 F2, B 2 ein Verstärker 55 vorgesehen ist, der in einer nicht invertierenden oder invertierenden Funktion arbeitet, je nachdem, ob er ein Steuersignal erhält, das so geliefert wird, daß der Verstärker 55 in genau der gleichen Weise wie die Teile 46. F2, 112 in F i g. 8 wirkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für den Antriebsmotor eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Batterie, wenigstens einem pedalbetätigten Geber in Form eines Potentiometers für das Beschleunigungssignal, an dem eine von der Molordrehzahl abhängige Spannung anliegt, und einer in Abhängigkeit von diesen Steuersignalen arbeitenden Steuereinrichtung für den Motorstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für den Motorstrom zum Umschalten von Vorwärtsauf Bremsbetrieb und umgekehrt eingerichtet ist, und daß die an beiden Enden (41, 42) des Potentiometers (43) anliegenden Spannur.gspotentiale 'interschiedliche Polaritäten und jeweils vorgegebene unterschiedliche, geschwindigkeitsabhängige Verläufe haben, wodurch sich der Abgriffspunkt für die Umschaltung von Vorwärts- und Bremsbetrieb und umgekehrt geschwindigkeitsabhängig verlagert

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch angetriebene Fahrzeug auch ein Bremspedal hat, das für ein nicht elektrisches Bremsen des Fahrzeuges sorgt, wobei jedoch die Position des Bremspedals das Spannungspotential an einem Ende des Potentiometers (43) bestimmt.